Digitaler Integrator; Signalabtastung - Sonel PQM-702 Bedienungsanleitung

eingebauten elektronischen Integrator. Allerdings kann der beschriebene Analysator direkt an den
Eingang des Stromkanals der Rogowski-Spule angeschlossen werden, und die Integration des
Signals erfolgt digital.
3.3

Digitaler Integrator

Im Analysator wurde eine Lösung mit digitaler Integration des Signals der Rogowski-Spule
verwendet. Eine solche Vorgehensweise ermöglichte die Probleme von analogen Integratoren,
die mit der Notwendigkeit der Gewährleistung der angegebenen Genauigkeit in langen Zeitab-
schnitten und unter schwierigen Messbedingungen, auszuschalten. Analoge Integratoren müssen
auch Sicherungssysteme beinhalten, die vor der Sättigung des Eingang im Fall Gleichspannung
am Eingang schützen.
Der Perfekte Integrator hat eine unendliche Verstärkung für konstante Signale, die mit einer
Geschwindigkeit von 20 dB/Frequenzdekade fallen. Die Phasenverschiebung ist konstant über
den gesamten Frequenzbereich und beträgt -90°.
Theoretisch bewirkt eine unendliche Verstärkung für ein konstantes Signal, wenn es am Ein-
gang des Integrators erscheint, die Sättigung des Ausgangs nahe der Versorgungsspannung und
verhindert somit die weitere Arbeit des Geräts. In der Praxis wird eine Lösung, die die DC-
Verstärkung auf einen bestimmten Wert einschränkt, und zusätzlich eine periodisch Zurückset-
zung des Ausgangs bewirkt. Es gibt auch Techniken der aktiven Zurücksetzung der Gleichspan-
nung, die auf der Messung und Rückgabe zum Eingang beruht, aber mit umgekehrten Zeichen,
wodurch es effektiv gelöscht wird. Im Englischen wurde der Begriff „leaky integrator" angenom-
men, was einen Integrator mit Auslauf bedeutet. Ein analoger „leaky integrator" ist einfach ein In-
tegrator mit Kondensator mit überbrücktem Widerstand mit hohem Wert. Ein solches System wird
dann gleichbedeutend mit Tiefpassfilter mit einer sehr niedrigen Filterfrequenz.
Die digitale Integratorimplementierung gewährleistet hervorragende Langzeitparameter – die
gesamte Prozedur wird über eine Berechnung durchgeführt, eine Alterung der Elemente, Drift
usw. ist hier unmöglich. Jedoch so wie bei der analogen Version kann es hier zur Sättigung kom-
men und ohne entsprechende Gegenwirkung kann die digitale Integration nutzlos sein. Zu beach-
ten ist, dass sowohl Eingangsverstärker, als auch Analog-Digital-Wandler einen bestimmten end-
liche und unerwünschte Vorspannung besitzen, die vor der Integration entfernt werden muss. In
der Software des Analysators wurde ein digitaler Filter integriert, deren Aufgabe es ist die kon-
stante Komponente der Spannung zu eliminieren. Das gefilterte Signal wird der digitalen Integra-
tion unterzogen. Die resultierende Phasencharakteristik hat hervorragende Eigenschaften und die
Phasenverschiebung für die kritischen Frequenzen von 50 und 60 Hz ist minimal.
Die Gewährleistung einer geringen Phasenverschiebung zwischen den Signalen des Stromes
und der Spannung ist für das Erhalten von geringen Leistungsfehlern wichtig. Es kann vorgeführt
werden, dass der geschätzte Messfehler mit folgender Abhängigkeit ausgedrückt werden kann
Leistungsmessfehler ≈ Phasenfehler (in Radianten) × tg(φ) × 100 %
wobei tg(φ) den Tangens des Winkels zwischen dem Strom und der Spannung ihrer Grundkom-
ponenten bezeichnen. Aus der obigen Formel kann geschlussfolgert werden, dass die Messfehler
zusammen mit dem sinkenden Phasenverschiebungsfaktor steigen; beispielsweise bei einem
Phasenfehler von 0,1° und cosφ=0,5 błąd beträgt der Fehler0,3%. Wie auch immer, damit die
Leistungsmessungen genau sind, muss die Übereinstimmung der Phasen der Strom und Span-
nungskreise bestmöglich sein.
3.4

Signalabtastung

Das Signal wird abgetastet in allen acht Kanälen gleichzeitig abgetastet mit der Versorgungs-
spannungsfrequenz des Referenzkanals. Die Frequenz beträgt 10,24 kHz für die Frequenz 50 Hz
und 60 Hz.
Eine einzelne Periode hat daher 204,8 Proben für die Frequenz 50 Hz und 170,67 für 60 Hz. Es
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Current sensing for energy metering, William Koon, Analog Devices, Inc.
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Bedienungsanleitung PQM-702, PQM-703
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